퀄컴, 5G 스마트폰 시장 승부처 "안테나에 있다"

[아이뉴스24 김문기기자] 5G 스마트폰 시장에서 안테나 설계가 주요 차별화 핵심으로 부상한다. 5G 시대에는 초고주파 초광대역 주파수를 활용하면서 조합되는 경우의 수도 많아진다. 모바일 특성상 전력효율도 높여야 한다. 두마리 토끼를 잡는 업체가 글로벌 시장을 선도할 가능성이 높다.

피터 카슨 퀄컴 제품 마케팅 시니어 디렉터는 24일 서울 웨스틴조선호텔에서 개최된 퀄컴 5G NR 데이에서 5G 스마트폰의 한계를 돌파할 혁신적 기술은 안테나 설계에 있다고 강조했다.

5G 스마트폰에 있어 안테나 설계가 중요한 이유로는 우선 6GHz 이하 주파수뿐만 아니라 초고주파수인 밀리미터웨이브(mmWave)를 잡아 쓰기 때문이다. 이로 인해 4세대통신(4G) 롱텀에볼루션(LTE)은 주파수묶음기술(CA)을 통해 조합되는 경우의 수가 약 1천개 수준이었다면 5G에서는 1만개로 늘어난다. 기존보다 강한 신호들을 받아내야해 전력효율도 크게 높여야 한다.

퀄컴은 LTE 시장에서 스마트폰의 두뇌 역할을 담당하던 AP와 통신모뎀을 하나의 칩에 통합화시켜 타사와 차별화했다. 초기 LTE 시장에서 유일한 LTE 원칩 솔루션을 보유하고 있었던 곳이 퀄컴이다. 이를 통해 큰 폭의 성장세를 이뤘다.

5G 시장에서는 AP와 통신모뎀뿐만 아니라 모뎀과 안테나를 잇는 RF프론트엔드 솔루션(RFFE)을 더한다. 퀄컴은 이를 모뎀-투-안테나(modem-to-antenna) 솔루션이라 부른다. 퀄컴이 초기 5G 시장 선점을 위한 핵심 무기라 볼 수 있다.

피터 카슨 시니어 디렉터는 “5G에서는 좀 더 효율적으로 주파수 신호를 관리해야 한다. 작은 폼펙터에 적용할 수 있는 안테나 기술이 필요하다”고 설명했다.

RF프론트엔드 솔루션은 RF 트랜시버와 안테나 사이에 위치한 중요 부품들의 집합체를 의미한다. 주로 전력증폭기(PA)와 저잡음증폭기(LNA), 스위치, 듀플렉서, 필터 및 기타 여러 구성 요소를 포함하고 있다. 안테나로 들어온 주파수 신호를 RF 트랜시버까지 전달하거나 내보내는 역할을 수행한다.

RF 트랜시버는 송신기인 트랜스미터와 수신기인 리시버를 결합한 부품이다. RF프론트엔드를 통해 전달된 주파수 신호는 낮게는 수백MHz에서 높게는 수GHz에 이른다. 이러한 주파수를 통신모뎀이 소화할 수 있게 저주파 대역으로 변조시키거나 그 반대의 역할을 해준다.

2019년 3월 상용화될 것으로 기대되는 5G 스마트폰은 공중에 떠 있는 수많은 주파수들을 활용할 수 있는 제품이 된다.

예를 들어, 5G 스마트폰을 SK텔레콤을 통해 개통했다면 800MHz, 1.8GHz, 2.1GHz, 2.6GHz 주파수 대역에서 서비스되고 있는 2G와 3G, 4G LTE뿐만 아니라 5G 주파수 경매 매물로 등장할 3.5GHz 또는 28GHz 주파수 대역까지 지원하는 제품이라고 말할 수 있다.

이렇게 많은 주파수를 잡아야 하는 스마트폰 입장에서는 그만큼 많은 전력이 필요하다. 보통 스마트폰에서 전력을 가장 많이 사용하는 부문으로 디스플레이에 이어 RF프론트엔드를 꼽을 정도로 전력을 많이 사용한다.

퀄컴은 엔벨롭트래킹(ET)과 안테나 튜닝 기술이 혁신의 열쇠라 강조했다. 엔벨롭트래킹 솔루션은 전력 증폭기의 입력 전압을 동적으로 조정해 RF프론트엔드의 전력효율을 높이는 기술이다. 증폭기에 인가된 전압을 조절해 필요한 순간에만 전력을 공급하는 방식으로 전력을 아낀다. 퀄컴은 2013년 스냅드래곤 AP에 엔벨롭트래킹을 적용해 지속적으로 발전시켜오고 있다.

피터 카슨 시니어 디렉터는 "RFFE ET를 통해 증폭기 등을 효율적으로 사용할 수 있다. 어떠한 밴드에도 적용할 수 있다. 퍼포먼스는 최대로하면서 전력은 최저로 잡을 수 있다. 즉, 처리량은 최대로 올리고 배터리 신뢰성까지 챙기는 것"이라고 설명했다.

28GHz 주파수 대역 등의 밀리미터파 대역의 경우에는 안테나 모듈 설계도 중요하다. 커버리지와 사이즈 문제를 해결해야 한다.

피터 카슨 시니어 디렉터는 "빔포밍을 통해 가능하다. 4개 안테나를 사용할 수 있다. 4개나 2개, 각각 2개 씩 등 안테나를 전환하면서 전력을 아낄 수 있다. 베이스밴드 등과 프론트엔드 패키지에 통합한다면 사이즈도 줄일 수 있다"고 말했다.

퀄컴은 오는 2019년 상반기 5G 스마트폰 출시를 목표로 로드맵을 수립해 놓은 상태다. 지난해 차이나모바일과 ZTE, 에릭슨과 SK텔레콤을 포함한 9개 통신사들과 5G 표준에 부합하는 시험 테스트를 진행한 바 있다.

피터 카슨 시니어 디렉터는 "5G 상용화와 관련해 많은 압박이 있는 것은 사실이다. 통신모뎀 등을 적용한 실물을 이미 가지고 있다. 많은 테스트를 거친 상황"이라며, "2019년 초반 론칭과 관련해 올바른 속도로 나아가고 있다"고 강조했다.